一种紧凑型DLP微投影光学引擎的制作方法

一种紧凑型dlp微投影光学引擎
技术领域
1.本实用新型涉及投影光机领域，尤其是涉及一种紧凑型dlp微投影光学引擎。


背景技术：

2.数字光处理(digital light processing，缩写：dlp)是一项使用在投影仪和背投电视中的显像技术。dlp技术最早是由德州仪器开发的。它至今仍然是此项技术的主要供应商。德国德累斯顿fraunhofer学院(the fraunhofer institute of dresden)也生产有着特殊用途的数字光处理器，并把它称作空间光调节器(spatial light modulators，slm)。例如，瑞典micronic激光系统公司(micronic laser systems of sweden)就在其开发的sigma印版硅模板刻印机中，利用fraunhofer生产的空间光调节器来生成远紫外线图像。在dlp投影仪中，图像是由dmd(digital micromirror device，数字微镜器件)产生的。dmd器件是dlp的基础，一个dmd可被简单描述成为一个半导体光开关，50～130万个微镜片聚集在cmos硅基片上。一片微镜片表示一个像素，变换速率为1000次/秒，或更快。每一镜片的尺寸为14μm
×
14μm(或16μm
×
16μm)，为便于调节其方向与角度，在其下方均设有类似铰链作用的转动装置。微镜片的转动受控于来自cmos ram的数字驱动信号。当数字信号被写入sram时，静电会激活地址电极、镜片和轭板(yoke)以促使铰链装置转动。一旦接收到相应信号，镜片倾斜10
°
，并随来自sram的数字信号而倾斜 12
°
；如显微镜片处于非投影状态，则被示为“关”，并倾斜-12
°
。简而言之，dmd的工作原理就是借助微镜装置反射需要的光，同时通过光吸收器吸收不需要的光来实现影像的投影，而其光照方向则是借助静电作用，通过控制微镜片角度来实现的。通过对每一个镜片下的存储单元以二进制平面信号进行寻址，dmd阵列上的每个镜片以静电方式倾斜为开或关状态。决定每个镜片倾斜在哪个方向上为多长时间的技术被称为脉冲宽度调制(pwm)。镜片可以在一秒内开关1000多次，在这一点上，dlp成为一个简单的光学系统。通过聚光透镜以及颜色滤波系统后，来自投影灯的光线被直接照射在dmd上。当镜片在开的位置上时，它们通过投影透镜将光反射到屏幕上形成一个数字的方形像素投影图像。当dmd座板、投影灯、色轮和投影镜头协同工作时，这些翻动的镜面就能够一同将图像反射到演示墙面、电影屏幕或电视机屏幕上。
3.随着信息化社会的不断发展，市场对于便携式投影仪的呼求愈发强烈，现有的dlp投影仪的体积存在着进一步优化的空间，因而现有技术还有待改进和提高。


技术实现要素：

4.鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种紧凑型dlp微投影光学引擎。
5.为解决以上技术问题，本实用新型采取了以下技术方案：
6.本实用新型提供了一种紧凑型dlp微投影光学引擎，包括照明组件、聚光组件和投影镜头，所述照明组件合成准直光束由聚光组件聚光、并由投影镜头进行投影成像，所述聚光组件包括用于以获得高的光能利用率及大面积的均匀照明的光整形器件、一体成型的聚
光透镜、全内反射元件和dmd光调制器，所述聚光透镜包括位于其入光侧的第一镜面和位于其出光侧的第二镜面，所述第一镜面与第二镜面之间偏心设置，所述第一镜面与第二镜面之间倾斜设置，所述聚光透镜相对于光整形器件的主光轴的垂直线倾斜设置，准直光束经由所述光整形器件后依次经过聚光透镜、全内反射元件上调整后入射至dmd光调制器上，经由所述dmd光调制器转换后入射至全内反射元件上，所述全内反射元件将其反射给投影镜头进行投影成像。
7.进一步的，所述的紧凑型dlp微投影光学引擎，所述第一镜面和/或第二镜面为偶次非球面镜面。
8.进一步的，所述的紧凑型dlp微投影光学引擎，所述第一镜面与第二镜面之间预设第一倾斜角度，所述第一倾斜角度为1～25度。
9.进一步的，所述的紧凑型dlp微投影光学引擎，所述第一镜面与第二镜面之间预设偏心距离，所述偏心距离为0.1～5mm。
10.进一步的，所述的紧凑型dlp微投影光学引擎，所述聚光透镜相对于光整形器件的主光轴的垂直线预设第二倾斜角度，所述第二倾斜角度为1～45度。
11.具体的，所述的紧凑型dlp微投影光学引擎，所述光整形器件为复眼透镜或光积分棒。
12.具体的，所述的紧凑型dlp微投影光学引擎，所述全内反射元件为rtir组合棱镜。
13.在一较佳实施例中，所述的紧凑型dlp微投影光学引擎，所述照明组件包括三原色光源、中继镜、第一滤光片和第二滤光片，所述三原色光源包括第一准直光源、第二准直光源和第三准直光源，所述第一准直光源的光束和第二准直光源的光束经由第一滤光片于所述中继镜的入光侧重叠，所述第三准直光源的光束与穿过中继镜的重叠光束经由第二滤光片于所述光整形器件的入光侧重叠。
14.在一较佳实施例中，所述的紧凑型dlp微投影光学引擎，所述照明组件包括三原色光源、第一滤光片和第二滤光片，所述三原色光源包括第一准直光源和第二准直光源，所述第一准直光源为双色光源，所述第一准直光源的光束经由第一滤光片和第二滤光片与第二准直光源的光束于所述光整形器件的入光侧重叠。
15.在一较佳实施例中，所述的紧凑型dlp微投影光学引擎，所述照明组件包括三原色光源，所述三原色光源为三色光源或白光光源，所述三原色光源的光束于所述光整形器件的入光侧入射。
16.相较于现有技术，本实用新型提供了一种紧凑型dlp微投影光学引擎，包括照明组件、聚光组件和投影镜头，所述照明组件合成准直光束由聚光组件聚光、并由投影镜头进行投影成像，所述聚光组件包括用于以获得高的光能利用率及大面积的均匀照明的光整形器件、一体成型的聚光透镜、全内反射元件和dmd光调制器，所述聚光透镜包括位于其入光侧的第一镜面和位于其出光侧的第二镜面，所述第一镜面与第二镜面之间偏心设置，所述第一镜面与第二镜面之间倾斜设置，所述聚光透镜相对于光整形器件的主光轴的垂直线倾斜设置，准直光束经由所述光整形器件后依次经过聚光透镜、全内反射元件上调整后入射至dmd光调制器上，经由所述dmd光调制器转换后入射至全内反射元件上，所述全内反射元件将其反射给投影镜头进行投影成像。本实用新型对投影光机进行了进一步简化，在保证足够的投影效果的情况下，去除了现有技术中的一些镜片，节约了物料成本，需要组装的零件
变少了节约了组装成本，降低了组装难度，提高了生产效率，由于去掉了两个镜片，减少了公差累积，有利于提升产品的合格率，并拉近了成像光学与照明光学距离，使得体积进一步浓缩，更为小巧，便于携带。
附图说明
17.图1为本实用新型提供的紧凑型dlp微投影光学引擎的一较佳实施例的结构示意图。
18.图2为本实用新型提供的紧凑型dlp微投影光学引擎的聚光透镜的俯视结构示意图。
19.图3为本实用新型提供的紧凑型dlp微投影光学引擎的聚光透镜的侧视结构示意图。
20.图4为本实用新型提供的常规光学构架下聚光组件的光路示意图。
21.图5为本实用新型提供的紧凑型dlp微投影光学引擎的聚光组件的光路示意图。
22.图6为本实用新型提供的常规光学构架下在dmd光调制器上的点斑图。
23.图7为本实用新型提供的紧凑型dlp微投影光学引擎在dmd光调制器上的点斑图。
24.图8为本实用新型提供的常规光学构架下在dmd光调制器上的光斑图。
25.图9为本实用新型提供的紧凑型dlp微投影光学引擎在dmd光调制器上的光斑图。
26.图10为本实用新型提供的紧凑型dlp微投影光学引擎的一进一步较佳实施例的结构示意图。
27.图11为本实用新型提供的一更进一步较佳实施例的结构示意图。
具体实施方式
28.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
29.需要说明的是，当部件被称为“装设于”、“固定于”或“设置于”另一个部件上，它可以直接在另一个部件上或者可能同时存在居中部件。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接连接到另一个部件或者可能同时存在居中部件。
30.还需要说明的是，本实用新型实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。
31.如图1-图3所示，本实用新型提供了一种紧凑型dlp微投影光学引擎，包括照明组件10、聚光组件20和投影镜头30，所述照明组件10合成准直光束由聚光组件20聚光、并由投影镜头30进行投影成像，所述聚光组件20包括用于以获得高的光能利用率及大面积的均匀照明的光整形器件21、一体成型的聚光透镜22、全内反射元件23和dmd光调制器24，所述聚光透镜22包括位于其入光侧的第一镜面和位于其出光侧的第二镜面，所述第一镜面与第二镜面之间偏心设置，所述第一镜面与第二镜面之间倾斜设置，所述聚光透镜22相对于光整形器件21的主光轴的垂直线倾斜设置，准直光束经由所述光整形器件21后依次经过聚光透镜22、全内反射元件23上调整后入射至dmd光调制器24上，经由所述dmd光调制器24转换后入射至全内反射元件23上，所述全内反射元件23将其反射给投影镜头30进行投影成像。具
体的，本实用新型提供的紧凑型dlp微投影光学引擎，所述光整形器件21为复眼透镜。具体的，本实用新型提供的紧凑型dlp微投影光学引擎，所述全内反射元件23为rtir组合棱镜。
32.进一步的，本实用新型提供的紧凑型dlp微投影光学引擎，所述第一镜面和/或第二镜面为偶次非球面镜面。当然也可以为球面镜，但是非球面镜光学效果更好。进一步的，本实用新型提供的紧凑型dlp微投影光学引擎，所述第一镜面与第二镜面之间预设第一倾斜角度∠θ，所述第一倾斜角度∠θ为1～25度。进一步的，本实用新型提供的紧凑型dlp微投影光学引擎，所述第一镜面与第二镜面之间预设偏心距离，所述偏心距离为0.1～5mm。进一步的，本实用新型提供的紧凑型dlp微投影光学引擎，所述聚光透镜22相对于光整形器件21的主光轴的垂直线预设第二倾斜角度∠a，所述第二倾斜角度∠a为1～45度。在本实施例中，所述聚光透镜22设置于复眼透镜与rtir组合棱镜之间，且以一定角度倾斜地设置于光机中。
33.本实用新型对投影光机进行了进一步简化，在保证足够的投影效果的情况下，去除了现有技术中的一些镜片，节约了物料成本，需要组装的零件变少了节约了组装成本，降低了组装难度，提高了生产效率，由于去掉了两个镜片，减少了公差累积，有利于提升产品的合格率，并拉近了成像光学与照明光学距离，使得体积进一步浓缩，更为小巧，便于携带。
34.在本实用新型的一较佳实施例中，本实用新型提供的紧凑型dlp微投影光学引擎，所述照明组件10包括三原色光源11、中继镜100、第一滤光片101和第二滤光片102，所述三原色光源11包括第一准直光源111、第二准直光源112和第三准直光源113，所述第一准直光源111的光束和第二准直光源112的光束经由第一滤光片101于所述中继镜100的入光侧重叠，所述第三准直光源113的光束与穿过中继镜100的重叠光束经由第二滤光片102于所述光整形器件21的入光侧重叠。其中，第一准直光源111、第二准直光源112和第三准直光源113分别采用r、g、b(红、绿、蓝)中的一种，采用led灯珠作为灯源。
35.如图4本实用新型提供的常规光学构架下聚光组件的光路示意图和图5本实用新型提供的紧凑型dlp微投影光学引擎的聚光组件20的光路示意图所示，与常规光学构架相比，本实用新型的光线在聚光组件20中的光程明显较短，本实用新型的光线通过聚光组件20汇聚到dmd光调制器24上的效果与常规构架下的光线通过聚光组件20汇聚到dmd光调制器24上的效果接近。
36.如图6本实用新型提供的常规光学构架下在dmd光调制器24上的点斑图和图7本实用新型提供的紧凑型dlp微投影光学引擎在dmd光调制器24上的点斑图所示，与常规光学构架相比，本实用新型的点斑图和常规的点斑图比较接近，本实用新型的点斑图可以做到比较规整，良好地覆盖dmd光调制器24。
37.如图8本实用新型提供的常规光学构架下在dmd光调制器24上的光斑图和图9本实用新型提供的紧凑型dlp微投影光学引擎在dmd光调制器24上的光斑图所示，与常规光学构架相比，本实用新型的点斑图和常规的光斑图基本接近，本实用新型的的光斑图可以做到照度均匀，良好地覆盖dmd光调制器24。
38.如图10所示，在本实用新型的一进一步较佳实施例中，本实用新型提供的紧凑型dlp微投影光学引擎，所述照明组件10包括三原色光源11、第一滤光片101和第二滤光片102，所述三原色光源11包括第一准直光源111和第二准直光源112，所述第一准直光源111为双色光源，即将r、g、b(红、绿、蓝)中的两颗灯珠封装在一起，剩下一颗用于第二准直光源
112，所述第一准直光源111的光束经由第一滤光片101和第二滤光片102与第二准直光源112的光束于所述光整形器件21的入光侧重叠。投影光机引擎的体积进一步缩小。
39.如图11所示，在本实用新型的一更进一步较佳实施例中，本实用新型提供的紧凑型dlp微投影光学引擎，所述照明组件10包括三原色光源11，所述三原色光源11为三色光源或白光光源，即将r、g、b(红、绿、蓝)三颗灯珠封装在一起或者直接用一颗白光led灯珠，所述三原色光源11的光束于所述光整形器件21的入光侧入射。投影光机引擎的体积更进一步地缩小。
40.综上所述，本实用新型对投影光机进行了进一步简化，与常规光学构架相比，本实用新型的光线在聚光组件中的光程明显较短，本实用新型的光线通过聚光组件汇聚到dmd光调制器上的效果与常规构架下的光线通过聚光组件汇聚到dmd光调制器上的效果接近。与常规光学构架相比，本实用新型的点斑图和常规的点斑图比较接近，本实用新型的点斑图可以做到比较规整，良好地覆盖dmd光调制器。与常规光学构架相比，本实用新型的点斑图和常规的光斑图基本接近，本实用新型的的光斑图可以做到照度均匀，良好地覆盖dmd光调制器。本实用新型在保证了足够的投影效果的情况下，去除了现有技术中的一些镜片，节约了物料成本，需要组装的零件变少了节约了组装成本，降低了组装难度，提高了生产效率，由于去掉了两个镜片，减少了公差累积，有利于提升产品的合格率，并拉近了成像光学与照明光学距离，使得体积进一步浓缩，更为小巧，便于携带。
41.可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。